專利名稱：乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種體育器材，即一種乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器。
背景技術(shù)：
乒乓球單打球臺(tái)是內(nèi)蒙古民族大學(xué)體育學(xué)院穆健鷹老師發(fā)明的新式乒乓球臺(tái)，這種球臺(tái)既可以雙人對打，也可以單人打球，對場地和人·員數(shù)量的要求都不嚴(yán)格，而且具有很強(qiáng)的趣味性，適于在家庭、學(xué)校、機(jī)關(guān)單位等多種場所使用，特別適合初學(xué)者和業(yè)余愛好者開展乒乓球運(yùn)動(dòng)和健身活動(dòng)。實(shí)踐證明，采用這種球臺(tái)經(jīng)過短時(shí)間的練習(xí)，球員連續(xù)擊球的數(shù)量就會(huì)顯著增加，可以輕易的達(dá)到上千次連續(xù)擊打而不掉球，省去了頻繁撿球的時(shí)間，從而使有限的練習(xí)時(shí)間得到了充分的利用，能夠迅速提高練習(xí)者的球技水平。在使用這種球臺(tái)練習(xí)的過程中，需要記取連續(xù)擊球的次數(shù)。由于目前只靠人工計(jì)數(shù)，比較麻煩，常會(huì)分散練習(xí)者的注意力，而且還容易出錯(cuò)。尤其是在比賽的過程中，計(jì)數(shù)出錯(cuò)可能會(huì)導(dǎo)致糾紛，也缺乏應(yīng)有的公正性。因此，人們希望，這種單打乒乓球臺(tái)能夠配備專用的擊球計(jì)數(shù)裝置。目前，市場上有多種計(jì)數(shù)器，但大多都是通過光電圖像技術(shù)進(jìn)行記錄，造價(jià)較高，難以利用。而現(xiàn)有的振動(dòng)式計(jì)數(shù)器識(shí)別雜音及抗干擾能力很差，很難達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)數(shù)的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠與乒乓球單打球臺(tái)相配合，準(zhǔn)確記錄和顯示連續(xù)擊球的次數(shù)，且造價(jià)低廉的計(jì)數(shù)器。本實(shí)用新型更進(jìn)一步的目的是這種計(jì)數(shù)器具有連續(xù)累加計(jì)數(shù)和單次計(jì)數(shù)以及回查和清零功能，在設(shè)定時(shí)間中斷擊球時(shí)可自動(dòng)切斷外圍電路，關(guān)閉顯示器，進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。上述目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的研制一種乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，包括外殼、電源、顯示器件和內(nèi)部電路，其特征在于所說的內(nèi)部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路和單片機(jī)。其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機(jī)，單片機(jī)通過顯示驅(qū)動(dòng)電路接顯示器件。所說的放大電路和濾波電路均有兩級(jí)，即第一放大電路接第一濾波電路，第一濾波電路接第二放大電路，第二放大電路接第二濾波電路。所說的放大電路是高輸入阻抗的電壓放大電路或電荷放大器。所說的顯示器件是段碼式IXD顯示器或LED顯示器。所說的壓電陶瓷片的電極用兩芯屏蔽線引出，在屏蔽線的另一端將屏蔽層與接壓電陶瓷片銅片的芯線連在一起，接到電路的GND端，另一根芯線一端與壓電陶瓷片的銀漿電極相接，另一端接到第一放大電路2的輸入端。第一放大電路2的輸出通過第一濾波電路3送入第二放大電路4，第二放大電路4的輸出通過第二濾波電路5，再接波形整形電路6，整形電路6接入單片機(jī)7的輸入引腳。[0010]所說的單片機(jī)是通用單片機(jī)，內(nèi)有程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷控制、外部中斷引腳、輸入/輸出引腳和休眠工作程序。所說的單片機(jī)是PIC16F1933，單片機(jī)內(nèi)部帶有4KB閃存程序存儲(chǔ)器、256字節(jié)SRAM,256字節(jié)EEPR0M，最多25根I/O 口線，集成IXD控制器最多可驅(qū)動(dòng)96段。工作電壓范圍是I. 8V 5. 5V，I. 8V時(shí)的待機(jī)電流為60nA。PIC16F1933的PortB引腳單獨(dú)配置為電平變化中斷引腳，與按鍵電路8設(shè)置的兩個(gè)獨(dú)立按鍵連接。所說的按鍵電路是兩個(gè)獨(dú)立按鍵KEYl和KEY2，KEYl和KEY2的一端相連并接地，KEYl和KEY2的另一端分別與單片機(jī)的兩個(gè)輸入引腳相接，與KEYl和KEY2相連的兩個(gè)單片機(jī)輸入引腳分別接一個(gè)上拉電阻到電源正極。 所說的壓電陶瓷片平行固定在計(jì)數(shù)器背面外殼的內(nèi)部，背面外殼固定在乒乓球單打球臺(tái)案板邊緣，顯不器朝向打球人的方向。本實(shí)用新型的有益效果是當(dāng)乒乓球擊打球臺(tái)時(shí)，壓電陶瓷片受到振動(dòng)而將球擊信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到單片機(jī)，單片機(jī)按照程序進(jìn)行處理和顯示，本裝置靈敏度高，信號(hào)接收準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確記錄并顯示連續(xù)擊球次數(shù)，避免了人工計(jì)數(shù)的弊端，增強(qiáng)了趣味性和訓(xùn)練效果，且具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，市場前景十分可觀。

圖I是乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是按鍵電路連接圖；圖3是電源電路及外圍電路電源控制電路連接圖；圖4是顯示器件外觀圖；圖5是王程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。如圖I所示，這種乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器有外殼、電源、顯示器件和內(nèi)部電路，內(nèi)部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路和單片機(jī)。其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機(jī)，單片機(jī)通過顯示驅(qū)動(dòng)電路接顯示器件。壓電陶瓷片可選用直徑20_的壓電陶瓷片，將壓電陶瓷片平行固定在計(jì)數(shù)器外殼的背殼內(nèi)部，使用時(shí)將計(jì)數(shù)器的外殼背面固定在乒乓球單打球臺(tái)上，使顯示器朝向打球人，這樣壓電陶瓷片就可以以與球擊信號(hào)波正交的方式直接接受來自球臺(tái)傳遞過來的乒乓球擊打球臺(tái)的擊打信號(hào)，并且這種方式壓電陶瓷片輸出信號(hào)幅值最大。壓電陶瓷片的電極用兩芯屏蔽線引出，焊接時(shí)只焊兩根芯線，在屏蔽線的另一端將屏蔽層與接壓電陶瓷片銅片的芯線連在一起接地，即電路的GND端，另一根芯線一端與壓電陶瓷片的銀漿電極相接，另一端接到第一放大電路的輸入端。第一放大電路的輸出通過第一濾波電路，濾去部分雜散干擾波及球擊信號(hào)的抖動(dòng)波，送入第二放大電路，在第二放大電路中將輸入信號(hào)的幅值進(jìn)一步放大，其輸出再次經(jīng)過第二濾波電路進(jìn)行濾波，然后將其送到波形整形電路中進(jìn)行波形整形，通過整形電路的整形，球擊球臺(tái)的擊打信號(hào)就變成了一個(gè)矩形正脈沖，每一個(gè)脈沖信號(hào)對應(yīng)一次球擊球臺(tái)的擊打信號(hào)，將此信號(hào)送入單片機(jī)的輸入引腳。單片機(jī)選用PIC16F1933，這單片機(jī)內(nèi)部帶有4KB閃存程序存儲(chǔ)器、256字節(jié)SRAM、256字節(jié)EEPROM，最多25根I/O 口線，集成IXD控制器最多可驅(qū)動(dòng)96段等。PIC16F1933的工作電壓范圍是I. 8V
5.5V，I. 8V時(shí)的待機(jī)電流僅為60nA，特別適合用于電池供電的產(chǎn)品。PIC16F1933的PortB的引腳均可單獨(dú)配置為電平變化中斷引腳，本實(shí)施例中，正是使用PIC16F1933的這種特性，將按鍵電路設(shè)置的兩個(gè)獨(dú)立按鍵連接到PortB的引腳上，達(dá)到按下任一按鍵均可將單片機(jī)從休眠模式喚醒。按鍵電路如圖2所示，兩個(gè)按鍵KEY1、KEY2的一端直接接地(GND)，另一端直接接PIC16F1933的Port B的兩個(gè)引腳，由于PIC16F1933的Port B引腳可設(shè)置成內(nèi)部弱上拉，圖2中兩個(gè)電阻Rl、R2可不接，這樣構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立式按鍵電路。按鍵KEYl稱為功能鍵，短按(小于3秒)切換連續(xù)累加計(jì)數(shù)和單次計(jì)數(shù)兩種工作模式，長按(大于3秒)將顯示計(jì)數(shù)值清零。按鍵KEY2稱為查看鍵，可以按鍵循環(huán)查看單次計(jì)數(shù)模式下最近前9次的計(jì)數(shù)值。 電源電路如圖3所示，兩節(jié)I. 5V的干電池串聯(lián)構(gòu)成整機(jī)供電電源，電池兩端接有一個(gè)IOuF電解電容和O. IuF瓷片電容并聯(lián)組成的電源濾波電路。電源供電分成兩路，一路給單片機(jī)直接供電，另一路給除單片機(jī)以外的其他外圍電路供電，其接通與斷開由單片機(jī)控制。外圍電路電源控制電路主要由一開關(guān)型場效應(yīng)管組成，場效應(yīng)管的柵極經(jīng)過限流電阻接到單片機(jī)的一個(gè)OUT引腳上，這個(gè)OUT引腳輸出高電平時(shí)接通其他外圍電路電源，這個(gè)弓丨腳輸出低電平時(shí)斷開其他外圍電路電源。這樣可以在單片機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)前切斷除單片機(jī)以外的其他外圍電路的供電，進(jìn)一步降低整機(jī)功耗。由于整機(jī)工作時(shí)電流為幾十微安，休眠狀態(tài)下，待機(jī)電流小于I微安，故整機(jī)可以不設(shè)電源開關(guān)。顯示驅(qū)動(dòng)電路集成在單片機(jī)中，不需要外接其他顯示驅(qū)動(dòng)電路。顯示器件使用段碼式IXD顯示器，顯示器外觀如圖4所示。其中4 8分別為擊球計(jì)數(shù)次數(shù)的萬位、千位、百位、十位、個(gè)位；3為單次計(jì)數(shù)模式下最近10次計(jì)數(shù)值的序號(hào)顯示，其值為O 9，通過圖2中的按鍵查看時(shí)，可以循環(huán)顯示O 9，在圖4的4 8顯示該次的計(jì)數(shù)值，圖4中3顯示O為當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，顯示I為上一次計(jì)數(shù)值，以此類推，顯示9為倒數(shù)第9次的計(jì)數(shù)值。圖4中的2顯示時(shí)，表示當(dāng)前的工作模式是累加計(jì)數(shù)模式，此時(shí)I和3均不顯示，4 8顯示當(dāng)前累加計(jì)數(shù)的結(jié)果。圖4中的I顯示時(shí)，2不顯示，表示當(dāng)前的工作模式是單次計(jì)數(shù)模式，此時(shí)3正在計(jì)數(shù)時(shí)顯示0，4 8顯示當(dāng)前次數(shù)的計(jì)數(shù)值。查看前面其它計(jì)數(shù)值3顯示相應(yīng)的O 9數(shù)字，4 8顯示該次數(shù)的計(jì)數(shù)值。乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器使用低成本的壓電陶瓷片作為震動(dòng)信號(hào)接收器，壓電陶瓷片是一種壓電器件，靈敏度較高，它的輸出是電荷信號(hào)，所以信號(hào)放大器必須使用高輸入阻抗的電荷放大器。為了消除外界周圍環(huán)境噪聲的影響以及球擊球臺(tái)前后的抖動(dòng)波形，硬件電路設(shè)計(jì)上，在每級(jí)信號(hào)放大器的輸出端都接有低通濾波器，并且在單片機(jī)軟件上設(shè)計(jì)有軟件濾波，使之具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能準(zhǔn)確識(shí)別每一次球擊信號(hào)。壓電陶瓷片將乒乓球擊打信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。壓電陶瓷片輸出的電信號(hào)通過兩級(jí)放大電路進(jìn)行放大、每級(jí)放大電路的輸出都接有信號(hào)低通濾波電路，然后該信號(hào)再經(jīng)過波形整形電路進(jìn)行調(diào)理后，送入單片機(jī)電路。如圖5所示，在單片機(jī)中通過程序檢測經(jīng)過上述電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后乒乓球擊打球臺(tái)的信號(hào)，并再次對該信號(hào)進(jìn)行軟件濾波。經(jīng)過上述的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件電路設(shè)計(jì)，使得乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器對周圍環(huán)境的其他聲音信號(hào)不敏感，并且能有效的過濾掉乒乓球擊打在球臺(tái)前瞬間和乒乓球擊打在球臺(tái)后瞬間的抖動(dòng)信號(hào)，從而確保乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器只對達(dá)到一定擊打強(qiáng)度的球擊球臺(tái)信號(hào)進(jìn)行一次有效的計(jì)數(shù)，不會(huì)出現(xiàn)少計(jì)數(shù)或多計(jì)數(shù)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)情況。確認(rèn)有效球擊信號(hào)后，根據(jù)距上次球擊信號(hào)的時(shí)間間隔和計(jì)數(shù)器當(dāng)前的工作模式進(jìn)行計(jì)數(shù)值調(diào)整，然后將計(jì)數(shù)值送到顯示驅(qū)動(dòng)電路，由顯示驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)顯示器顯示計(jì)數(shù)值。通過單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，使乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器具有連續(xù)累加計(jì)數(shù)和單次計(jì)數(shù)兩種工作模式。當(dāng)工作在連續(xù)累加計(jì)數(shù)模式下，無論兩次擊球的時(shí)間間隔多長，都會(huì)在上次計(jì)數(shù)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)值。當(dāng)工作在單次計(jì)數(shù)模式下，乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器也是實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，但是當(dāng)兩次擊球時(shí)間超過3秒，乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器認(rèn)為球沒有擊打到球臺(tái)或打球人沒有接住彈回的球，就將當(dāng)前顯示的數(shù)值作為本次連續(xù)擊球的次數(shù)，存儲(chǔ)并持續(xù)顯示。當(dāng)再次接收到擊球信號(hào)后，乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器自·動(dòng)將當(dāng)前顯示的計(jì)數(shù)值清零，并從I開始重新計(jì)數(shù)。這樣的設(shè)計(jì)，可以方便打球人了解自己當(dāng)前的連續(xù)擊球次數(shù)。乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器可以存儲(chǔ)最近10次的連續(xù)擊球次數(shù)，可以通過按鍵進(jìn)行查詢。無論連續(xù)累加計(jì)數(shù)和單次計(jì)數(shù)工作模式，都可以通過按鍵手動(dòng)清零乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器當(dāng)前的顯示計(jì)數(shù)值。當(dāng)距最近一次擊球時(shí)間超過30秒后，乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器還沒有接收到再次擊球信號(hào)時(shí)，乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器關(guān)閉顯示器、切斷單片機(jī)之外的電路電源，同時(shí)單片機(jī)進(jìn)入休眠模式，使整機(jī)功耗降低，延長電池電源的使用時(shí)間。在休眠模式狀態(tài)下，通過按下任一按鍵的方式退出休眠模式而進(jìn)入正常工作狀態(tài)，并按進(jìn)入休眠模式前所設(shè)置的連續(xù)累加計(jì)數(shù)或單次計(jì)數(shù)模式，自動(dòng)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)或從I開始重新計(jì)數(shù)。
權(quán)利要求1.一種乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，包括外殼、電源、顯示器件和內(nèi)部電路，其特征在于所說的內(nèi)部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路和單片機(jī)，其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機(jī)，單片機(jī)通過顯示驅(qū)動(dòng)電路接顯示器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的放大電路和濾波電路均有兩級(jí)，即第一放大電路接第一濾波電路，第一濾波電路接第二放大電路，第二放大電路接第二濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的放大電路是高輸入阻抗的電壓放大電路或電荷放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的顯示器件是段碼式IXD顯示器或LED顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的壓電陶瓷片的電極用兩芯屏蔽線引出，在屏蔽線的另一端將屏蔽層與接壓電陶瓷片銅片的芯線連在一起，接到電路的GND端，另一根芯線一端與壓電陶瓷片的銀漿電極相接，另一端接到第一放大電路的輸入端，第一放大電路的輸出通過第一濾波電路送入第二放大電路，第二放大電路的輸出通過第二濾波電路，再接波形整形電路，整形電路接入單片機(jī)的輸入引腳。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的單片機(jī)是通用單片機(jī)，內(nèi)有程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷控制、外部中斷引腳、輸入/輸出引腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的單片機(jī)是PIC16F1933，單片機(jī)內(nèi)部帶有4KB閃存程序存儲(chǔ)器、256字節(jié)SRAM、256字節(jié)EEPROM，最多25根I/O 口線，集成IXD控制器最多可驅(qū)動(dòng)96段，工作電壓范圍是I. 8V 5. 5V，I. 8V時(shí)的待機(jī)電流為60nA ；PIC16F1933的PortB引腳單獨(dú)配置為電平變化中斷引腳，與按鍵電路8設(shè)置的兩個(gè)獨(dú)立按鍵連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的按鍵電路是兩個(gè)獨(dú)立按鍵KEYl和KEY2，KEYl和KEY2的一端相連并接地，KEYl和KEY2的另一端分別與單片機(jī)的兩個(gè)輸入引腳相接，與KEYl和KEY2相連的兩個(gè)單片機(jī)輸入引腳分別接一個(gè)上拉電阻到電源正極。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，其特征在于所說的壓電陶瓷片平行固定在計(jì)數(shù)器外殼的背殼內(nèi)部，外殼背面固定在乒乓球單打球臺(tái)案板邊緣，顯示器朝向打球人的方向。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種體育器材，即一種乒乓球單打球臺(tái)計(jì)數(shù)器，包括外殼、電源、顯示器件和內(nèi)部電路，其特征在于所說的內(nèi)部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路和單片機(jī)，其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機(jī)，單片機(jī)通過顯示驅(qū)動(dòng)電路接顯示器件。其有益效果是當(dāng)乒乓球擊打球臺(tái)時(shí)，壓電陶瓷片受到振動(dòng)而將球擊信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到單片機(jī)，單片機(jī)按照程序進(jìn)行處理和顯示，本裝置靈敏度高，信號(hào)接收準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確記錄并顯示連續(xù)擊球次數(shù)，避免了人工計(jì)數(shù)的弊端，增強(qiáng)了趣味性和訓(xùn)練效果，且具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，市場前景十分可觀。
文檔編號(hào)A63B71/06GK202682732SQ201220338279
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者劉寶成, 穆健鷹 申請人:內(nèi)蒙古民族大學(xué)